SiC/SiC复合材料MAX相界面层的优化设计

As one of the most promising candidates for the next-generation nuclear structural materials, SiC/SiC composites faces a critical challenge from the inadequate structure stability of the traditional interphase in irradiation environment. Introducing ternary nanolaminated MAX phases, which have good radiation resistance and various fracture energy absorption mechanism, as the interphase of SiC/SiC composites is expected to the problem. In this project, the MAX phase coating will be fabricated on the fiber surface by a high temperature molten salt method, and the corresponding SiC/SiC composite material will be prepared by precursor infiltration and pyrolysis (PIP) process. The influence of composition and thickness of MAX phase interphase on the interfacial bonding properties and mechanical properties of the SiC/SiC composites will be investigated. The toughening mechanism of the MAX phase interphase will be illustrated. The constitutive relationship between the interfacial microstructure and the mechanical properties of the SiC/SiC composites will be established. This study will provide experimental foundation and theoretical guidance for optimization designing SiC/SiC composites with MAX phase interphase.

作为下一代核用结构材料的最佳候选之一，SiC/SiC复合材料面临的一个重要挑战就是传统界面层在辐照环境下的结构稳定性不足。引入耐辐照性能良好、具有丰富断裂能吸收机制的三元层状MAX相作为SiC/SiC复合材料的界面层，有望使该问题得到解决。本项目创新性的以高温熔盐法在纤维表面制备MAX相涂层，并通过聚合物浸渍裂解工艺制备相应的SiC/SiC复合材料。通过研究MAX相成分、厚度等关键界面结构参数对复合材料界面结合性能和宏观力学性能的影响，阐明MAX相界面层对复合材料的增韧机制，建立界面微结构-复合材料宏观力学性能之间的本构关系，为设计具有MAX相界面层的SiC/SiC复合材料提供实验基础和理论依据。

SiC/SiC复合材料是下一代核用结构材料的最佳候选材料之一。传统界面层材料易受辐照损伤的问题对SiC/SiC复合材料的核用结构稳定性提出了挑战。因此，开发新型核用级界面层材料具有重要的意义。本项目提出引入耐辐照性能良好、具有丰富断裂能吸收机制的三元层状MAX相作为SiC/SiC复合材料的界面层，利用高温熔盐法在纤维表面制备MAX相涂层。本项目的主要研究内容和意义如下：（1）通过熔盐法在碳化硅纤维表面原位生长了MAX相涂层，利用CVD工艺在碳化硅纤维表面预先制备PyC涂层，并以此为碳源制备MAX相涂层，降低了原位涂层生长对纤维的损伤，研究了涂层对SiC/SiC复合材料性能的影响；（2）以天然木材经高温碳化得到具有不同孔径结构的碳化木为模板，通过高温熔盐法在碳化木表面制备了多种MAX相涂层，得到了MAX相@碳化木的异质结构复合材料（MAX@CW）。阐明了复杂结构表面MAX相涂层的生长机制，揭示了界面异质结构对MAX@CW复合结构电磁吸收性能的影响规律；（3）研究了碳化硅表面类MAX相层状材料涂层的生长机制，在碳化硅颗粒表面包覆了Re3Si2C2(Re= La, Ce…) 型类MAX相涂层，并以此作为烧结助剂促进碳化硅陶瓷的烧结，获得了高致密度、高热导的碳化硅陶瓷；（4）研究了MAX相在熔盐中的结构稳定性，研究了其与熔盐的相互作用行为，发现MAX相在路易斯酸熔盐中存在结构转化行为，由此得到了一系列新型层状材料，并对其应用进行了探索。